【摘 要】
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卫星-地面中继通信系统(Hybrid Satellite Terrestrial Relay System,HSTRS)凭借其覆盖面积广、通信质量好以及信道容量大等独特优势已经被广泛应用于导航、广播等各个领域。然而,无线通信的实际环境一般都是十分复杂的,如物理层的噪声、I/Q支路的不平衡以及高功率下的非线性问题等原因会使得系统的硬件产生损伤,这会在一定程度上制约了通信系统的性能。在此背景下,硬件损
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卫星-地面中继通信系统(Hybrid Satellite Terrestrial Relay System,HSTRS)凭借其覆盖面积广、通信质量好以及信道容量大等独特优势已经被广泛应用于导航、广播等各个领域。然而,无线通信的实际环境一般都是十分复杂的,如物理层的噪声、I/Q支路的不平衡以及高功率下的非线性问题等原因会使得系统的硬件产生损伤,这会在一定程度上制约了通信系统的性能。在此背景下,硬件损伤已成为当前无线通信领域的一个研究热点,因此,本文研究了硬件非理想环境下卫星-地面中继通信系统的传输可靠性能与安全中断性能,通过改善中继选择方案以降低硬件损伤对卫星-地面中继通信系统的性能影响。本文的主要研究内容和创新点如下:首先,本文研究了硬件损伤对卫星-地面中继通信系统的传输可靠性能的影响,系统中所有的物理节点均配置单根天线并且都存在硬件损伤。提出了多中继选择(Multi-Relay Selection,MRS)方案以提升系统的传输可靠性能,并和单中继选择(Single Relay Selection,SRS)方案进行了对比。仿真结果表明,在系统存在一定程度的硬件损伤时,MRS方案相比于SRS方案能够提升系统的传输可靠性。其次,本文考虑了硬件损伤对卫星-地面中继通信系统安全中断概率的影响,提出了一种最优中继选择(Optimal Relay Selection,ORS)方案用于降低硬件损伤的危害以提高通信系统的安全中断性能,同时与循环调度(Round Robin Scheduling,RRS)方案进行了对比。仿真实验结果表明,在一定程度的硬件损伤下,所提出的ORS方案的安全中断概率要低于RRS方案,另外,当系统传输信噪比(Signal-to-Noise,SNR)高达到一定程度时,两种方案的安全中断概率将会不断递增,最终的安全中断概率会趋于一。最后,本文研究了当目的用户与窃听用户为多根天线配置时,其他节点仍是单天线配置的情形下硬件损伤对该系统的安全中断概率的影响。本文在此场景下考虑了ORS和RRS方案下用户天线数目对系统物安全中断概率的影响。仿真结果表明,当目的用户的天线数目明显大于窃听者的天线数目时,系统的安全中断概率在低信噪比范围内会显著降低。
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